工程系统建模与仿真

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1、工程系统建模与仿真王丽平 *2第一部分 Matlab/Simulink教学内容一、 MATLAB基础准备及入门 二、 MATLAB矩阵及其运算 三、 MATLAB程序设计 四、MATLAB文件操作 五、MATLAB绘图 六、MATLAB数据分析与多项式计算教学内容七、 MATLAB解方程及函数极值 八、 数值积分与微分 九、 符号计算 十、Simulink 仿真基础*5Matlab的学习方法n必须做大量的练习，熟悉其中的函数n和自己的部分课程相联系从而进行应用， 从而有了深刻的体会n多看帮助文件，这是一本很好的参考书n寻求大家的帮助，每个同学都会有独到的 方法，综合起来就是最大的财富n记住：M

2、atlab可以做很多事情*6第一章MATLAB基础准备及入门*7n概述nMatlab的基本使用方法nMatlab中的基本变量*8一、概述MATLABMATLAB语言是一种广泛应用于工程计语言是一种广泛应用于工程计 算及数值分析领域的新型高级语言，自算及数值分析领域的新型高级语言，自 19841984年由美国年由美国MathWorksMathWorks公司推向市场以来公司推向市场以来 ，历经二十多年的发展与竞争，现已成为，历经二十多年的发展与竞争，现已成为 国际公认的最优秀的工程应用开发环境。国际公认的最优秀的工程应用开发环境。 MATLABMATLAB功能强大、简单易学、编程效率高功能强大、简

3、单易学、编程效率高 ，深受广大科技工作者的欢迎，深受广大科技工作者的欢迎。*9在欧美各高等院校，在欧美各高等院校，MATLABMATLAB已经成为线已经成为线 性代数、自动控制理论、数字信号处理、性代数、自动控制理论、数字信号处理、 时间序列分析、动态系统仿真、图像处理时间序列分析、动态系统仿真、图像处理 等课程的基本教学工具，成为大学生、硕等课程的基本教学工具，成为大学生、硕 士生、以及博士生必须掌握的基本技能。士生、以及博士生必须掌握的基本技能。MATLAB:MATLAB:是英文是英文MATrixMATrix LABorotoryLABorotory( (矩阵实矩阵实 验室验室) )的缩写

4、。的缩写。*101.1 MATLAB的出现n n7070年代中期，年代中期，Cleve Cleve MolerMoler和他的同事开发了和他的同事开发了 LINPACKLINPACK和和EISPACKEISPACK的的FortranFortran子程序库子程序库n n7070年代末期，年代末期，Cleve Cleve MolerMoler 在新墨西哥大学在新墨西哥大学 给学生开线性代数，为学生编写了接口程序，给学生开线性代数，为学生编写了接口程序， 这程序取名为这程序取名为MATLABMATLAB，即即MATrixMATrix LABoratoryLABoratoryn n19831983年春

5、天，工程师年春天，工程师John John LittleLittle与与MolerMoler、 SteveSteve BangertBangert一起开发了第二代专业版一起开发了第二代专业版 MATLABMATLABn n19841984年，年，MathWorksMathWorks公司成立，公司成立，MATLABMATLAB正正式式推推 向市场向市场。*111.2 MATLAB的版本演化n nMatlabMatlab 1.0 1.0n nPc Pc MatlabMatlab-MatlabMatlab 386 386n nMatlab3.5+SimulinkMatlab3.5+Simulinkn

6、 nMatlabMatlab 4.0 4.0：SimulinkSimulink内嵌内嵌n nMatlabMatlab 5.0 : 5.0 :全面的面向对象全面的面向对象n nMatlabMatlab 5.15.3 5.15.3n nMatlabMatlab 6.0 6.0n nMatlabMatlab 6.5 6.5：购并了购并了MATRIXMATRIXn nMatlabMatlab 7.11: 7.11:也已经出现也已经出现*121.3 MATLAB的功能n强大的数值（矩阵）运算功能n广泛的符号运算功能n高级与低级兼备的图形功能（计算结果的 可视化功能）n可靠的容错功能n应用灵活的兼容与接口

7、功能n信息量丰富的联机检索功能*131.矩阵运算功能n nMATLABMATLAB提供了丰富的矩阵运算处理功能提供了丰富的矩阵运算处理功能 ，是，是基于矩阵运算的处理工具基于矩阵运算的处理工具n n变量变量 矩阵，运算矩阵，运算 矩阵的运算矩阵的运算n n例如例如 C = A + B C = A + B ，A,B,CA,B,C都是矩阵都是矩阵, ,是是 矩阵的加运算矩阵的加运算n n即使一个常数，即使一个常数，Y=5Y=5，MATLABMATLAB也看做是一也看做是一 个个1 1 1 1的矩阵的矩阵2.符号运算功能n n符号运算即用字符串进行数学分析符号运算即用字符串进行数学分析n n允许变量

8、不赋值而参与运算允许变量不赋值而参与运算n n用于解代数方程、微积分、复合导数、积分用于解代数方程、微积分、复合导数、积分、二重积分、有理函数、微分方程、泰乐级、二重积分、有理函数、微分方程、泰乐级数展开、寻优等等，可求得解析符号解数展开、寻优等等，可求得解析符号解*153.3.高级与低级兼备的图形功能n具有高层绘图功能两维、三维绘图n具有底层绘图功能句柄绘图n使用plot函数可随时将计算结果可视化*164.图形化程序编制功能n动态系统进行建模、仿真和分析的软 件包n用结构图编程，而不用程序编程n只需拖几个方块、连几条线，即可实 现编程功能*175.丰富的MATLAB工具箱nMATLAB主工具

9、箱n符号数学工具箱nSIMULINK仿真工具箱n控制系统工具箱n信号处理工具箱n图象处理工具箱n通讯工具箱n系统辨识工具箱n神经元网络工具箱n金融工具箱*18目前，MATLAB的产品有四十多个工 具箱，分别涵盖了数据获取、科学计算 、控制系统设计与分析、数字信号处理 、数字图像处理、金融财务分析以及生 物遗传工程等专业领域，但MATLAB语言 的扩展开发还远远没有结束，各学科的 相互促进，将使得MATLAB更加强大。6.MATLAB的兼容功能n可与C语言、FORTURE语言跨平台兼容n用函数CMEX、FMEX实现n此功能不推荐使用7.MATLAB的容错功能n非法操作时，给出提示并不影响其操作。

10、如1/0Warning: Divide by zeroans =Inf*218.MATLAB的开放式可扩充结构 n nMatlabMatlab 所有函数都是开放的所有函数都是开放的n n用户可按自己意愿随意更改，因此功能用户可按自己意愿随意更改，因此功能 ，使得，使得MatlabMatlab的应用越来越广泛的应用越来越广泛 9.强大的联机检索帮助系统n n可随时检索可随时检索MatlabMatlab函数函数n n可随时查询可随时查询MatlabMatlab函数的使用方法函数的使用方法*22n n工业研究与开发工业研究与开发n n数学教学，特别是线性代数数学教学，特别是线性代数n n数值分析和科

11、学计算方面的教学与研究数值分析和科学计算方面的教学与研究n n电子学、控制理论和物理学等工程和科学电子学、控制理论和物理学等工程和科学 学科方面的教学与研究学科方面的教学与研究n n经济学、化学和生物学等计算问题的所有经济学、化学和生物学等计算问题的所有 其他领域中的教学与研究其他领域中的教学与研究1.4 MATLAB能在各领域做什么*23例1 用一个简单命令求解线性系统3x1+ x2 - x3 = 3.6x1+2x2+4x3 = 2.1-x1+4x2+5x3 = -1.4 A=3 1 -1;1 2 4;-1 4 5;b=3.6;2.1;-1.4; x=Ab x =1.4818-0.46060

12、.3848对于线性系统有对于线性系统有Ax=bAx=b1.5 简单的例子*24例2 用简短命令计算并绘制在0x6范围内的sin(2x)、sinx2、(sinx)2。x=linspace(0,6) y1=sin(2*x),y2=sin(x.2),y3=(sin(x).2; plot(x,y1,x, y2,x, y3)*25例3 用四种方法描述cos(x)*sin(y)图形*261.6 网络资源1. USENET新闻组n nMATLABMATLAB的新闻组是的新闻组是comp.soft-sys.MATLABcomp.soft-sys.MATLAB 。n nhttp:/http:/ 2. 网络上的工

13、具箱n nhttp:/http:/ / n nhttp:/ al/fileexchange/loadCategory.doal/fileexchange/loadCategory.do*273. BBSn哈尔滨工业大学bbs: telnet:/n上海交通大学bbs: telnet:/n清华大学bbs mathtools 4. www服务nhttp:/nhttp:/nMatlab 大观园: http:/ *28二、MATLAB基本使用方法2.1 MATLAB安装启动 1. Matlab的安装n定制安装n关于Java的问题:XP系统必须安装虚拟机n安装pdf文件 2. Matlab启动与一般的Wi

14、ndows程序一样，启动MATLAB系统有3种 常见方法：n使用Windows“开始”菜单。n运行MATLAB系统启动程序matlab.exe。n利用快捷方式。*29启动启动MATLABMATLAB后，将进入后，将进入MATLAB 7.0MATLAB 7.0 集成环境。集成环境。MATLAB 7.0MATLAB 7.0集成环境包括集成环境包括 MATLABMATLAB主窗口、命令窗口主窗口、命令窗口(Command (Command Window)Window)、工作空间窗口工作空间窗口(Workspace)(Workspace)、命命 令历史窗口令历史窗口(Command History)(

15、Command History)、当前目录当前目录 窗口窗口(Current Directory)(Current Directory)。*30MATLABMATLAB 安装完毕并安装完毕并 首次启动时首次启动时 ，展现在屏，展现在屏 幕上的界面幕上的界面 为为 MATLABMATLAB 的默认界面的默认界面 ，如右图所，如右图所 示。示。*312.2 MATLAB系统的退出要退出要退出MATLABMATLAB系统，也有系统，也有3 3种常见方法种常见方法：n n在在MATLABMATLAB主窗口主窗口FileFile菜单中选择菜单中选择Exit Exit MATLABMATLAB命令。命令。n n在在MATLABMATLAB命令窗口输入命令窗口输入ExitExit或或QuitQuit命令。命令。n n单击单击MATLABMATLAB主窗口的主窗口的“ “关闭关闭” ”按钮。按钮。*322.3 MATLAB的桌面平台默认设置情况下的桌面平台包括默认设置情况下的桌面平台包括5 5个窗口个窗口 ，分别为：，分别为：MATLABMA